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B
0029421
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
19810527
EP
80890014.6
19800204
de
de
de
7384/79
19791120
AT
19810527
198121
19810527
198121
3
3H 01J 41/12 A
3H 01T 23/00 B
de
Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums
en
Device for generating a directed current of a gaeous medium
fr
Dispositif pour générer un courant orienté d'un milieu gazeux
Fleck, Carl Maria, Dr.
00258370
35199
Doktorberg 23, E5
A-2391 Kaltenleutgeben
AT
Fleck, Carl Maria, Dr.
Doktorberg 23, E5
A-2391 Kaltenleutgeben
AT
Piso, Eberhard, Dr.
et al
00043721
Patentanwälte Barger, Piso & Partner Postfach 333
1011 Wien
AT
BE
CH
DE
FR
GB
IT
NL
SE
Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums, z. B. eines Luftstromes unter Ausnützung des elektrischen Windes, wobei zur Bildung der Ionen eine unter hohem elektrischen Feld stehende Elektrode (1'), etwa ein Draht vorgesehen ist, an welchem bei atmosphärischen Drücken im Bereich der Townsendentladung oder der Glimmentladung ein Entladungsstrom zwischen 10-^6A/cm^2 und 10-^1A/cm^2, vorzugsweise zwischen 10^{-5}A/cm^2 und 10-^3A/cm^2, fließt, eine vorzugsweise aus Leitflächen eines Strömungskanals (3) gebildete Gegenelektrode (2') angeordnet ist, und in bevorzugter Weise die Kanten der Leitflächen im wesentlichen parallel zu den Entladungsdrähten verlaufen, so daß sich die Ionen in eine Richtung (4') oder zumindest in einem Sektor der um die Emissionspunkte der Entladungselektrode (1') gedachten Kugeln mit einem Öffnungswinkel, der weniger als 180° beträgt, bewegen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums, z.B. eines Luftstromes unter Ausnützung des elektrischen Windes.
Im Bereich des normalen atmosphärischen Druckes werden Luftströmungen heute ausnahmslos mechanisch erzeugt, obwohl eine Reihe physikalischer Effekte bekannt sind, die zu einer Bewegung von Luft führen. So ist das Pumpen von Gasen durch Adsorption, durch Abkühlung und Erwärmung, durch Diffusion und durch elektrische Ladungen (elektrischer Wind, vergl. etwa Bergmann Schaefer Bd.II, Seiten 10 und 474) bekannt und wird zu Sonderzwecken auch durchgeführt, hat aber technisch keine Bedeutung erlangt. Man verläßt sich bei atmosphärischen Drücken nach wie vor auf mechanische Gebläse der verschiedensten Bauart, zu denen auch Flüssigkeitspumpen wie Wasserstrahlpumpen u.dgl. zählen. Anders sieht dies in Bereichen verminderten Druckes aus. Hier werden eine Reihe verschiedener physikalischer Effekte ausgenützt, wie etwa bei den Adsorptionspumpen verschiedenster Konstruktion, Ionengitterpumpen, Diffusionspumpen, Kryopumpen etc. Auch der elektrische Wind wurde bei geringen Drucken, etwa im Bereich zwischen Vorvakuum und Hochvakuum zum Gastransport vorgeschlagen (vgl. z.B. Deutsche Patentschrift 265 534).
Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs erwähnte Vorrichtung so auszubilden, daß sie bei atmosphärischen Drücken anwendbar ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Ionen eine unter hohem elektrischen Feld stehende Elektrode, etwa ein Draht vorgesehen ist, an welchem im Bereich der Townsendentladung oder der Glimmentladung ein Entladungsstrom vorzugsweise zwischen _10 ^5A/cm^2 und _{10} ^3A/cm^2 fließt, daß eine vorzugsweise aus Leitflächen eines Ströungskanals gebildete Gegenelektrode angeordnet ist, daß die Kanten der Leitflächen parallel zu den Entladungsdrähten verlaufen, sodaß sich die Ionen in eine Richtung oder zumindest in einem Sektor der um die Emissionspunkte der Entladungselektrode gedachten Kugeln mit einem öffnungswinkel, der weniger als 180° beträgt, bewegen. Wenn die Feldstärke am Draht so bemessen ist, daß sich eine Townsendentladung oder eine Glimmentladung ausbildet, so fließen Anodenströme zwischen _10 ^6A/cm^2 und 10^{-1}A/cm^2. .Soll.der Pumpvorgang in Luft ohne zu große Geräuschentwicklung und Ozonbildung ablaufen, so wird der Entladungsstrom vorzugsweise im Bereich zwischen 10^{-5}A/cm^2 und 10^3A/cm^2 liegen.
Bemerkenswert ist der günstige Wirkungsgrad, da durch die Übereinstimmung von Ionenbewegung und Gebläserichtung keine Turbulenzen im Gas erzeugt werden, was jedoch bei mechanischen Gebläsen prinzipiell nicht vermeidbar ist. Erste Versuche ergaben, daß die Leistungsaufnahme eines solchen "Ionengebläses" unter den Wert von 1 Watt je bewegter Luftmenge von 1 l/s gesenkt werden kann, wenn keine zu hohen Luftgeschwindigkeiten oder Druckdifferenzen notwendig sind.
Eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß auf der der Gegenelektrode abgewandten Seite der Entladungselektrode eine Hilfselektrode angeordnet ist, welche auf oder in der Nähe des Potentials der Entladungselektrode liegt und daß die Ionen an einem unter Hochspannung stehenden Draht erzeugt werden und von diesem Entladungsdraht zu einer geerdeten Gegenelektrode driften, die vorzugsweise aus einem oder mehreren Leitblechen besteht, deren Kanten zu dem Entladungsdraht par-L allel verlaufen, und daß die Hilfselektrode ebenfalls'aus einem Leitblech mit zu dem Entladungsdraht parallelen Kanten besteht.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher veranschaulicht, wobei Fig. 1 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Elektrode und Gegenelektrode, Fig. 2 eine serienweise Schaltung von Elektrode und Gegenelektrode, Fig. 3 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer serienweisen Schaltung von Elektrode und Gegenelektrode und Fig. 4 eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit hintereinander und nebeneinander angeordneten Entladungsstrecken zeigen.
Gemäß Fig. 1 werden die Ionen innerhalb eines Führungsrohres 3 für den zu erzeugenden Gas oder Luftstrom durch ein radioaktives CC-Präparat 1 erzeugt, wobei die Unipolarität durch die Aufladung eines Rohres oder eines Plattenpaares 2 erzielt wird, in dem sich Ionen der gleichen Polarität nicht entladen. Diesem Plattenpaar 2 gegenüber befindet sich im Führungsrohr 3 eine vorzugsweise geerdete ring- oder plattenförmige Gegenelektrode 4, sodaß sich ein gerichtetes Feld ausbildet, längs dessen Feldlinien 5 die unipolaren Gasionen in Richtung der Gegenelektrode 4 wandern und durch Stoßprozesse mit neutralen Gasmolekülen, wobei vorzugsweise eine Impulsübertragung in der Bewegungsrichtung der Ionen stattfindet, eine makroskopische Bewegung des Gases in Feldrichtung einleiten.
Gemäß Fig. 2 werden die Ionen über eine Spitzenentladung erzeugt, wobei aus dem Plasmabereich um die hochaufgeladene Spitze 1' nur Ionen der gleichen Polarität austreten. Die Spitze 1' ist so geformt, daß die Feldlinien aus dem Plasmabereich der Spitze nur in Richtung der rechts von der Spitze_1' liegenden ringförmigen Gegenelektrode 2' laufen, sodaß sich durch ein isolierendes Führungsrohr 3 eine gerichtete Gas- oder Luftströmung 4 ausbilden kann. Durch Hintereinanderschaltung mehrerer Ionenstrecken kann neben einer Verstärkung der Gebläsewirkung auch die Bewältigung höherer Druckdifferenzen erreicht werden.
In Fig. 3 ist eine ähnliche Anordnung mit Entladungsdrähten 1" realisiert. Die einseitige Ionenbewegung bei Serienschaltung mehrerer Ionenstrecken wird durch eine Hilfselektrode 2" der gleichen Polarität und Spannung erreicht, während das Feld durch zwei geerdete Gegenelektroden 3" aufgebaut wird. So kann.sich durch isolierende Führungsplatten 4" wieder eine Luftströmung 5' ausbilden, die durchaus mit der Gebläseleistung kleiner Zimmerventilatoren vergleichbar ist.
In Fig. 4 ist eine technische Ausführung des in Fig. 3 dargelegten Prinzips beschrieben. Dabei werden mehrere Ebenen von Ionenstrecken übereinander angeordnet. Die geerdeten Gegenelektroden 1"' sowie die Hilfselektroden 2"' auf Drahtspannung können aus einem Blech gestanzt sein, wobei auch die Entladungsdrähte an der Hilfselektrode 2"' mit Punktschweißung 7 befestigt sind. Diese Anordnung setzt sich in Schichten übereinander fort: 3"', 4"', 5"', 8. Eine Abschlußelektrode 6 regelt die Menge der aus dem Gebläse austretenden Restionen (Pfeil). Eine isolierende Zwischenplatte 9 ermöglicht den Aufbau eines zweiten Gebläses, das mit Ionen der zweiten Polarität betrieben wird, um statische Aufladungen des gepumpten Gases zu vermeiden und einen Fehlstrom im Versorgungsnetz zu verhindern.
1. Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums., z.B. eines Luftstromes unter Ausnützung des elektrischen Windes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Ionen eine unter hohem elektrischen Feld stehende Elektrode (2), etwa ein Draht vorgesehen ist, an welchem bei atmosphärischen Drücken im Bereich der Townsendentladung oder der Glimmentladung ein Entladungsstrom zwischen 10 A/cm und 10 ^{-1}A/cm^2, vorzugsweise zwischen _10 ^5A/cm^2, und 10^{-3}A/cm^2 fließt, daß eine vorzugsweise aus Leitflächen eines Strömungskanals (3) gebildete Gegenelektrode (4) angeordnet ist, daß in bevorzugter Weise die Kanten der Leitflächen (4) im wesentlichen parallel zu den Entladungsdrähten (2) verlaufen, sodaß sich die Ionen in eine Richtung (5) oder zumindest in einem Sektor der um die Emissionspunkte der Entladungselektrode (2) gedachten Kugeln mit einem öffnungswinkel, der weniger als 180° C beträgt, bewegen (Fig. 1).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Gegenelektrode (3r") abgewandten Seite der Entladungselektrode (1") eine Hilfselektrode (2") angeordnet ist, welche auf oder in der Nähe des Potentials der Entladungselektrode (1") liegt (Fig. 3).
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen an einem unter Hochspannung stehenden Draht (1") erzeugt werden und von diesem Entladungsdraht (1") zu einer geerdeten Gegenelektrode (3") driften, die vorzugsweise aus einem oder mehreren Leitblechen besteht, deren Kanten zu dem Entladungsdraht (1") parallel verlaufen, und daß die Hilfselektrode (2") ebenfalls aus einem Leitblech mit zu dem Entladungsdraht (1") parallelen Kanten besteht (Fig. 3).
4.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode und vorzugsweise auch die Hilfselektrode aus Drähten bestehen, deren Durchmesser größer sind, als der Durchmesser des Entladungsdrahtes, oder deren Temperatur tiefer ist, als die des Entladungsdrahtes, oder die in mehrfacher Zahl vorhanden sind.
5.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Potentiale der Anordnung gespiegelt sind, d.h. Entladungs- und Hilfselektrode auf oder in der Nähe des Erdpotentials und Gegenelektrode auf Hochspannungspotential liegen.
6.Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Nähe des Erdpotentials befindliche Entladungselektrode als Widerstandsdraht oder als Widerstandsband ausgebildet und beheizt ist.
7.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfselektrode, Entladungselektrode und Gegenelektrode in verschiedenen Kombinationen mehrfach neben- und hintereinander bzw. übereinander angeordnet sind.